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碱性岩形成于岩石圈拉张环境,主要来源于上地幔,是深部地球动力学过程在浅部地壳的直接表现和历史记录,因此对碱性岩的研究是探索地球深部物质组成、物理化学环境、地壳上层构造和深部动力学过程的一个重要途径。苏鲁造山带是三叠纪扬子板块向北俯冲与华北板块碰撞的结果,以发育花岗片麻岩.榴辉岩.大理岩组成的超高压变质杂岩为特征。苏鲁造山带是全球高压-超高压地质研究最理想的研究地区之一,也是陆陆碰撞之后在超高压和高压岩石剥露过程中岩浆活动最为强烈的地区之一。
本文的研究内容以苏鲁造山带的中生代碱性岩为载体,由于对该地区碱性岩的年代学、成因和地球动力学意义还存在着争议。本文主要从岩石学、同位素年代学和元素地球化学等方面对苏鲁造山带碱性岩进行了系统的研究,探讨了该地区碱性岩的成因和地球动力学意义。通过研究,主要得出以下认识:
1、SHRIMP锆石U-Pb年代学研究表明,研究区碱性岩形成于120～126 Ma左右,这与前人报道的苏鲁造山带其他岩体的成岩年龄很接近,都形成于115～127 Ma。这些高精度的同位素定年结果进一步证实了苏鲁造山带碱性岩是该地区碰撞后岩浆作用的产物。
2、苏鲁造山带中生代碱性岩具有特殊的主量、微量元素地球化学特征。在主量元素上它们总体具有高硅、高钾、富碱和准铝质的特征；在微量元素上它们总体上显示富集大离子亲石元素(Rb、Ba、K)、Th和U及亏损高场强元素(Nb、Ta、Zr、Hf、Ti、P)的特点；研究区碱性岩具有较高的稀土总量,球粒陨石标准化配分曲线呈平行分布,轻重稀土分异明显(右倾型),具有中等-弱的负Eu异常。
3、苏鲁造山带中生代碱性岩具有相似的Sr-Nd-Pb和Hf同位素组成,揭示研究区碱性岩具有相同的物质来源,属于同源岩浆演化的产物；高的(87Sr/86Sr)i、明显负的εNd(t)值和锆石εHp(t)值暗示碱性岩的物质来源很可能与富集地幔有密切关系；另外,苏鲁造山带碱性岩的Pb同位素组成不同于扬子板块岩石圈地幔的Pb同位素组成,而和华北板块的Pb同位素组成相似,并具有明显的EMⅠ特征。
4、通过对苏鲁造山带碱性岩的年代学和地球化学研究,并结合前人研究资料,表明研究区碱性岩来源于华北板块富集岩石圈地幔的部分熔融。流体交代特征比较复杂,源区存在金云母和金红石的交代作用,说明下地壳成分参与了壳幔相互作用。在成岩的过程中没有发生明显的地壳物质混染,但存在橄榄石、单斜辉石、斜长石、钾长石、磷灰石、钛铁矿等矿物的分离结晶作用,锆石饱和温度计算表明岩浆结晶温度为830～961℃。
5、苏鲁造山带碱性岩形成于岩石圈伸展(地壳拉张)减薄的构造环境,岩石圈部发生(下地壳和岩石圈地幔)拆沉是导致地壳拉张的主因。苏鲁造山带中生代至少发生过5次地壳拉张活动。同时,拆沉作用也是苏鲁带壳-幔物质交换的主要机制,并引起了苏鲁造山带山脉的隆升、大规模岩浆作用、岩石圈的伸展减薄、盆地的形成和山根的消失。